這項由英國卡迪夫大學(xué)心理學(xué)院的研究團(tuán)隊發(fā)表在2024年《認(rèn)知科學(xué)》期刊上的研究，揭示了一個令人意外的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)我們聽到虛假的語音信號時，大腦的反應(yīng)竟然和聽到真實(shí)聲音時幾乎一樣。這項研究的主要作者包括該校的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)專家們，他們通過精巧的實(shí)驗設(shè)計，為我們打開了理解人類語音感知機(jī)制的新窗口。對這一領(lǐng)域感興趣的讀者，可以通過該期刊的官方網(wǎng)站查閱完整論文。

說起來，我們每天都在進(jìn)行一項看似簡單卻極其復(fù)雜的活動——聽懂別人說話。然而，你可曾想過，當(dāng)周圍環(huán)境嘈雜，或者信號不清晰時，我們的大腦是如何"補(bǔ)全"那些缺失的語音信息的？更有趣的是，有時候我們明明"聽到"了某個詞，但實(shí)際上那個聲音根本不存在，這究竟是怎么回事？

卡迪夫大學(xué)的研究團(tuán)隊決定深入探索這個謎題。他們發(fā)現(xiàn)，人類的聽覺系統(tǒng)就像一位經(jīng)驗豐富的修復(fù)師，能夠根據(jù)上下文線索，在我們的腦海中"重建"那些實(shí)際上并不存在的語音片段。更令人驚訝的是，這種虛假的聽覺體驗在大腦中引發(fā)的神經(jīng)活動，與真實(shí)聽到聲音時的反應(yīng)模式竟然高度相似。

這一發(fā)現(xiàn)不僅僅是學(xué)術(shù)上的突破，它還能幫助我們理解為什么有些人在嘈雜環(huán)境中聽懂對話比其他人更困難，為什么某些聽覺障礙患者會出現(xiàn)"幻聽"現(xiàn)象，以及為什么我們有時會在根本沒有聲音的情況下"聽到"手機(jī)鈴聲。研究團(tuán)隊通過一系列巧妙的實(shí)驗，讓參與者體驗這種"虛假聽覺"，同時用先進(jìn)的腦電圖技術(shù)記錄他們的大腦活動，從而揭示了這一現(xiàn)象背后的神經(jīng)機(jī)制。

一、當(dāng)大腦成為"聲音魔術(shù)師"——虛假聽覺的神奇世界

要理解這項研究，我們首先需要認(rèn)識一個奇妙的現(xiàn)象：有時候，我們會"聽到"實(shí)際上并不存在的聲音。這聽起來可能有些不可思議，但實(shí)際上，這種情況在我們的日常生活中經(jīng)常發(fā)生。

研究團(tuán)隊選擇了一個特別有趣的實(shí)驗場景來展現(xiàn)這種現(xiàn)象。他們讓參與者聽一段經(jīng)過特殊處理的錄音，其中某些關(guān)鍵的語音片段被完全刪除，取而代之的是一些無關(guān)的噪音，比如咳嗽聲。神奇的是，當(dāng)人們聽到這樣的錄音時，他們的大腦會自動"填補(bǔ)"那些缺失的聲音，讓他們感覺自己聽到了完整的句子。

這就好比你在看一幅被部分遮擋的圖畫，雖然某些部分被遮住了，但你的大腦會根據(jù)可見的部分推測出完整的圖像。同樣，當(dāng)語音信號不完整時，我們的聽覺系統(tǒng)會根據(jù)上下文和語言經(jīng)驗，在腦海中"重建"那些缺失的聲音片段。

更有趣的是，這種"虛假聽覺"的體驗是如此真實(shí)，以至于參與者往往堅信自己確實(shí)聽到了那些被刪除的聲音。他們會告訴研究人員，錄音聽起來完全正常，沒有任何缺失的地方。這說明，大腦的這種"補(bǔ)全"機(jī)制不僅存在，而且運(yùn)作得相當(dāng)完美，幾乎可以欺騙我們的意識。

卡迪夫大學(xué)的研究團(tuán)隊意識到，這種現(xiàn)象為理解人類語音感知提供了一個獨(dú)特的窗口。通過研究大腦如何處理這些"虛假"的聽覺體驗，他們可以更好地理解正常聽覺處理的機(jī)制，以及當(dāng)這些機(jī)制出現(xiàn)問題時會發(fā)生什么。

二、解碼大腦的"聲音密碼"——神經(jīng)活動的秘密揭示

為了深入了解這種虛假聽覺現(xiàn)象背后的神經(jīng)機(jī)制，研究團(tuán)隊采用了一種名為腦電圖的技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測大腦的電活動。可以把腦電圖想象成大腦的"心電圖"——就像心電圖能顯示心臟的跳動模式一樣，腦電圖能夠顯示大腦不同區(qū)域的活動模式。

研究團(tuán)隊精心設(shè)計了一系列實(shí)驗條件。他們準(zhǔn)備了三種不同的聲音材料：第一種是完整的、未經(jīng)處理的語音錄音；第二種是被噪音（如咳嗽聲）替換了部分內(nèi)容的錄音，但聽起來仍然像完整的句子；第三種是同樣被噪音替換了內(nèi)容，但聽起來明顯不完整的錄音。

通過比較參與者在聽這三種不同錄音時的腦電圖反應(yīng)，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一個令人震驚的結(jié)果：當(dāng)人們體驗到虛假聽覺時（即聽被噪音替換但感覺完整的錄音時），他們的大腦活動模式與聽到真實(shí)完整語音時的模式幾乎一模一樣。

這個發(fā)現(xiàn)就像是在大腦中發(fā)現(xiàn)了一個"聲音魔術(shù)師"。這個魔術(shù)師不僅能夠創(chuàng)造出不存在的聲音，而且能夠讓整個大腦相信這些聲音是真實(shí)存在的。更具體地說，研究團(tuán)隊觀察到，當(dāng)虛假聽覺發(fā)生時，大腦中負(fù)責(zé)語音處理的區(qū)域會產(chǎn)生與處理真實(shí)語音時相同的神經(jīng)反應(yīng)模式。

特別值得注意的是，這種神經(jīng)反應(yīng)不僅僅局限于聽覺皮層（大腦中專門處理聲音的區(qū)域），還擴(kuò)展到了語言理解和語音產(chǎn)生相關(guān)的腦區(qū)。這表明，虛假聽覺不是一個簡單的聽覺錯覺，而是涉及整個語言處理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，這種神經(jīng)反應(yīng)的強(qiáng)度和模式與參與者對虛假聽覺體驗的主觀感受高度相關(guān)。換句話說，那些報告聽到"更清晰"虛假聲音的參與者，他們的大腦反應(yīng)也更接近聽到真實(shí)聲音時的反應(yīng)。這進(jìn)一步證實(shí)了大腦在創(chuàng)造這些虛假聽覺體驗時的精確性和一致性。

三、語言經(jīng)驗的力量——為什么有些"空白"我們能填補(bǔ)

深入分析實(shí)驗結(jié)果后，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了虛假聽覺現(xiàn)象背后的一個關(guān)鍵機(jī)制：我們的語言經(jīng)驗和知識在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這就好比一位經(jīng)驗豐富的拼圖高手，即使缺少幾塊拼圖片，也能根據(jù)現(xiàn)有的片段推斷出完整圖案的樣子。

研究團(tuán)隊注意到，并不是所有被噪音替換的語音片段都能引發(fā)虛假聽覺。只有當(dāng)缺失的部分能夠被參與者的語言知識合理"預(yù)測"時，大腦才會進(jìn)行這種自動補(bǔ)全。例如，如果一個常見的詞匯中間的音節(jié)被咳嗽聲替換，而這個詞在語境中具有高度的可預(yù)測性，那么聽者就更容易體驗到虛假聽覺。

這個發(fā)現(xiàn)揭示了人類語言處理的一個重要特征：我們的大腦不是被動地接收和處理聲音信號，而是主動地運(yùn)用我們的語言知識和經(jīng)驗來理解和"完善"我們聽到的內(nèi)容。這種主動的處理方式使我們能夠在嘈雜的環(huán)境中更好地理解對話，即使某些聲音被環(huán)境噪音掩蓋。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步驗證了這一點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)被替換的語音片段在語境中的可預(yù)測性較低時，參與者就不太容易體驗到虛假聽覺，相應(yīng)的神經(jīng)反應(yīng)也會減弱。這說明，大腦的"聲音補(bǔ)全"機(jī)制不是隨意的，而是基于語言規(guī)律和概率的精確計算。

更有趣的是，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)不同的人對同樣的刺激可能會有不同的反應(yīng)。那些語言能力更強(qiáng)、詞匯量更豐富的參與者，往往能夠體驗到更強(qiáng)烈和更準(zhǔn)確的虛假聽覺。這表明，我們的語言經(jīng)驗越豐富，大腦的"補(bǔ)全"能力就越強(qiáng)。

四、從實(shí)驗室到現(xiàn)實(shí)生活——虛假聽覺的實(shí)際意義

這項研究的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了學(xué)術(shù)實(shí)驗室的范圍。事實(shí)上，虛假聽覺現(xiàn)象在我們的日常生活中無處不在，只是我們通常沒有意識到它的存在。

在嘈雜的餐廳里與朋友聊天時，我們經(jīng)常能夠理解對方的話語，即使某些音節(jié)被周圍的噪音完全掩蓋。這正是大腦虛假聽覺機(jī)制在發(fā)揮作用。我們的聽覺系統(tǒng)會根據(jù)能夠聽清的部分，結(jié)合語境和語言知識，在腦海中"重建"那些被噪音掩蓋的聲音。

對于有聽力障礙的人群來說，這一發(fā)現(xiàn)具有特別重要的意義。研究表明，某些類型的聽力問題可能會影響大腦的這種"補(bǔ)全"能力，導(dǎo)致患者在理解不完整的語音信號時遇到更大困難。理解這一機(jī)制有助于開發(fā)更有效的聽力康復(fù)方法和輔助技術(shù)。

這項研究還為我們理解某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新的視角。例如，一些精神分裂癥患者會出現(xiàn)聽覺幻覺，即聽到實(shí)際上不存在的聲音。雖然這種病理性的聽覺幻覺與實(shí)驗中觀察到的虛假聽覺在性質(zhì)上有所不同，但它們可能涉及類似的神經(jīng)機(jī)制。通過研究正常的虛假聽覺現(xiàn)象，科學(xué)家們可能能夠更好地理解和治療這些疾病。

在技術(shù)應(yīng)用方面，這一研究對語音識別和人工智能系統(tǒng)的發(fā)展也具有啟發(fā)意義。目前的語音識別系統(tǒng)在處理不完整或有噪音的語音信號時，往往表現(xiàn)不如人類。如果能夠模擬人腦的這種"補(bǔ)全"機(jī)制，可能會顯著提高人工智能系統(tǒng)的語音理解能力。

此外，這項研究還為語言學(xué)習(xí)和教育提供了有價值的見解。它表明，我們的語言理解能力不僅依賴于準(zhǔn)確的聲音感知，還依賴于豐富的語言知識和經(jīng)驗。這提示我們，在語言教學(xué)中，不僅要注重發(fā)音的準(zhǔn)確性，還要幫助學(xué)習(xí)者建立豐富的語言知識網(wǎng)絡(luò)，以增強(qiáng)他們在實(shí)際交流中的理解能力。

五、未來的探索方向——開啟聽覺研究新篇章

卡迪夫大學(xué)的這項研究雖然揭示了虛假聽覺現(xiàn)象的一些重要特征，但同時也提出了許多新的問題，為未來的研究指明了方向。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，下一步需要更深入地了解這種虛假聽覺機(jī)制在不同人群中的變異性。例如，兒童的虛假聽覺能力與成人是否相同？不同語言背景的人是否會表現(xiàn)出不同的虛假聽覺模式？這些問題的答案將有助于我們更全面地理解人類語言處理的發(fā)展和變化規(guī)律。

另一個重要的研究方向是探索虛假聽覺與其他認(rèn)知能力之間的關(guān)系。研究團(tuán)隊推測，虛假聽覺能力可能與工作記憶、注意力控制和語言流暢性等認(rèn)知能力密切相關(guān)。如果這一推測得到證實(shí)，那么虛假聽覺測試可能成為評估認(rèn)知能力的一個新工具。

在技術(shù)應(yīng)用方面，研究團(tuán)隊設(shè)想將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于改進(jìn)助聽器和人工耳蝸等聽力輔助設(shè)備。傳統(tǒng)的助聽設(shè)備主要關(guān)注信號的放大和降噪，但如果能夠模擬大腦的虛假聽覺機(jī)制，可能會幫助使用者更好地理解不完整的語音信號。

研究團(tuán)隊還計劃利用更先進(jìn)的神經(jīng)成像技術(shù)，如功能性磁共振成像，來更精確地定位和分析虛假聽覺相關(guān)的大腦活動。這將有助于繪制出更詳細(xì)的"虛假聽覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖"，為理解這一現(xiàn)象的神經(jīng)基礎(chǔ)提供更豐富的信息。

從臨床角度來看，這項研究可能為診斷和治療某些聽覺和語言障礙開辟新途徑。通過評估患者的虛假聽覺能力，醫(yī)生可能能夠更準(zhǔn)確地診斷問題所在，并制定更有針對性的治療方案。

說到底，卡迪夫大學(xué)的這項研究為我們打開了理解人類聽覺和語言處理的新窗口。它揭示了我們的大腦不僅是一個高效的信息處理器，更是一個創(chuàng)造性的"藝術(shù)家"，能夠在缺失信息的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出完整的感知體驗。這種能力不僅幫助我們在復(fù)雜的聲音環(huán)境中更好地交流，也展現(xiàn)了人類認(rèn)知系統(tǒng)的精妙和復(fù)雜。

隨著研究的深入，我們有理由相信，這一發(fā)現(xiàn)將為改善聽力障礙患者的生活質(zhì)量、提高人工智能系統(tǒng)的性能，以及加深我們對人類認(rèn)知本質(zhì)的理解做出重要貢獻(xiàn)。對于每一個對人類大腦奧秘感興趣的人來說，這項研究都提醒我們：我們每天進(jìn)行的看似簡單的聽覺活動，實(shí)際上涉及著極其復(fù)雜而精妙的神經(jīng)機(jī)制。如果您想了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)，建議查閱發(fā)表在《認(rèn)知科學(xué)》期刊上的完整論文。

Q&A

Q1：什么是虛假聽覺現(xiàn)象？它在日常生活中常見嗎？

A：虛假聽覺是指我們"聽到"實(shí)際上并不存在的聲音的現(xiàn)象。當(dāng)語音中某些片段被噪音替換時，大腦會根據(jù)上下文自動"填補(bǔ)"缺失的聲音，讓我們感覺聽到了完整的話語。這種現(xiàn)象在日常生活中很常見，比如在嘈雜環(huán)境中聊天時，我們經(jīng)常能理解被噪音掩蓋的詞語。

Q2：虛假聽覺現(xiàn)象的發(fā)生需要什么條件？

A：虛假聽覺的發(fā)生主要依賴于語言經(jīng)驗和上下文的可預(yù)測性。只有當(dāng)缺失的語音片段能夠被我們的語言知識合理預(yù)測時，大腦才會進(jìn)行自動補(bǔ)全。詞匯量豐富、語言能力強(qiáng)的人往往能體驗到更強(qiáng)烈的虛假聽覺。

Q3：這項研究對聽力障礙患者有什么幫助？

A：這項研究揭示了大腦處理不完整語音信號的機(jī)制，有助于開發(fā)更有效的聽力康復(fù)方法。某些聽力問題可能影響大腦的"補(bǔ)全"能力，理解這一機(jī)制可以幫助改進(jìn)助聽器等設(shè)備，讓它們不僅放大聲音，還能模擬大腦的補(bǔ)全功能。